DE2450998A1 - METHOD AND DEVICE FOR SECURING A STANDPIPE IN A DRILLING HOLE - Google Patents
METHOD AND DEVICE FOR SECURING A STANDPIPE IN A DRILLING HOLEInfo
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Description
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Coal Industry (Patents) Limited Hobart House, Grosvenor Place, London, SWlX 7AE, EnglandCoal Industry (Patents) Limited Hobart House, Grosvenor Place, London, SWlX 7AE, England
Verfahren und Vorrichtung zum Sichern eines Standrohres in einem BohrlochMethod and apparatus for securing a standpipe in a borehole
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Sichern und Abdichten eines Standrohres in einem Bohrloch. Die Erfindung findet insbesondere im Bergbau Verwendung, wo rohrförmige Standrohre in im Gebirge befindliche Bohrlöcher eingesetzt werden um Methan oder andere Gase abzusaugen. Die Erfindung ist jedoch nicht auf eine derartige Absaugung beschränkt sondern kann überall dort verwendet werden, wo eine gute Abdichtung zwischen dem inneren Ende und dem Anfang des Standrohres erzielt werden muß.The invention relates to a method and a device for securing and sealing a standpipe in a borehole. The invention is particularly used in mining, where tubular standpipes in boreholes located in the mountains can be used to extract methane or other gases. However, the invention is not limited to such Suction is restricted but can be used anywhere where there is a good seal between the inner end and the beginning of the standpipe must be achieved.
Bei der Methanabsaugung ist es üblich, zunächst ein Loch von normalerweise etwa Io m Länge in das Gebirge zu bohren, dann ein Standrohr in das Bohrloch einzusetzen, das Standrohr in dem Bohrloch abzudichten und abzusichern und dann die Bohrung durch das Standrohr hindurch in die gasführenden, zu entgasenden Schichten hinein weiterzubohren. Das Standrohr wird-so ausgewählt, daß sein äußerer Umfang möglichst' dicht an der Wandung des Bohrloches anliegt, jedoch nicht so dicht, daß das Einsetzen des Standrohres Schwierigkeitemacht. Infolgedessen ist immer etwas Raum zwischen derWhen extracting methane, it is customary to first drill a hole in the rock, normally about 10 m in length, then insert a standpipe into the wellbore, seal and secure the standpipe in the wellbore, and then continue to drill the hole through the standpipe into the gas-carrying layers to be degassed. The standpipe is selected so that its outer circumference is as far as possible is close to the wall of the borehole, but not so close that the insertion of the standpipe makes it difficult. As a result, there is always some space between the
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Außenwand des Standrohres und der Wandung des Bohrloches. Dieser Raum ermöglicht es der Luft, in die zu entgasende Zone einzudringen und sich mit dem Gas bei dessen Absaugung zu vermischen. Um diese Vermischung zu vermeiden ist es notwendig, das Standrohr gegen die Wandung des Bohrloches abzudichten, um einen Luftstrom außerhalb des Standrohres um das Standrohr herum zu vermeiden. Bis zum heutigen Tage wird diese Abdichtung im allgemeinen nach einem der drei folgenden Verfahren vorgenommen. Das erste Verfahren besteht darin, Zement in den Raum zwischen dem Standrohr und der Bohrlochwandung einzubringen. Hierbei wird der Zement über eine Rohrleitung in dem Standrohreingepreßt, die am inneren Ende des Standrohres eine abgebogene Auslaßöffnung hat und den Zementmörtel in den zu verfüllenden Raum einspeist. Die Rohrleitung wird herausgezogen, nachdem der Zementmörtel in die vorgesehene Lage eingepreßt ist und abgebunden hat. Da das Abbinden des Zementes vier bis zwanzig Stunden in Anspruch nimmt, hat dieses Verfahren den Nachteil, daß die Fertigstellung der Absaugevorrichtung um diese Zeit verzögert wird.Outer wall of the standpipe and the wall of the borehole. This space allows the air to enter the area to be degassed To penetrate the zone and mix with the gas when it is extracted. To avoid this confusion it is necessary to seal the standpipe against the wall of the borehole in order to allow an air flow outside the standpipe around the standpipe to avoid. To this day, this type of waterproofing has generally been carried out according to one of the three the following procedures. The first method is to put cement in the space between the standpipe and the Bring the borehole wall. Here, the cement is pressed into the standpipe via a pipeline, which is located on the inside The end of the standpipe has a bent outlet opening and feeds the cement mortar into the space to be filled. The pipeline is pulled out after the cement mortar is pressed into the intended position and has set. Since the setting of the cement takes four to twenty hours This method has the disadvantage that the completion of the suction device is delayed by this time will.
Bei einem zweiten Verfahren ist die Verwendung eines Bandes vorgesehen, daß in Form eines Konus um das Standrohr gewickelt wird und im Bohrloch im Bereich von dessen äußerem Ende angeordnet ist. Wenn der Bohrer zum nachfolgenden Weiterbohren über das innere Ende des Standrohres hinaus durch das Standrohr hindurchgesteckt wird, fällt das Bohrklein zurück und wird in dem Raum zwischen dem Standrohr und der Bohrlochwandung festgehalten. Wenn jedoch Sandstein über dem Standrohr ansteht, trocknet das Sandstein-Bohrklein aus, so daß die Abdichtung ihre Wirksamkeit Verliert und Luft außerhalb des Standrohres durchtreten kann.In a second method, the use of a tape is provided that is wrapped around the standpipe in the form of a cone and is arranged in the borehole in the region of its outer end. When the drill to the next If you continue drilling beyond the inner end of the standpipe through the standpipe, the cuttings will fall back and is held in the space between the standpipe and the borehole wall. However, if sandstone pending above the standpipe, the sandstone cuttings dries out, so that the seal loses its effectiveness and Air outside the standpipe can pass.
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Das dritte Verfahren sieht die Anordnung von Gummikragen um das obere und untere Ende des Standrohres vor, wobei dieser Gummikragen sich unter Verformung gegen- die Bohrlochwandung anpreßt, wenn das Standrohr in das Bohrloch eingedrückt wird. Dieses Verfahren hat die beste Wirksamkeit der drei beschriebenen Verfahren, hat jedoch den Nachteil, daß es relativ teuer ist. Darüberhinaus kann auch hier um die Dichtungen herum Luft durch Spalten oder Risse im die Dichtungen umgebenden Gestein durchtreten.The third method involves placing rubber collars around the top and bottom of the standpipe, wherein this rubber collar is deformed against the borehole wall when the standpipe is pushed into the borehole. This method has the best effectiveness of the three methods described, however, has the disadvantage that it is relatively expensive. In addition, can here, too, air through gaps or around the seals Penetrate cracks in the rock surrounding the seals.
In der anhängigen britischen Patentanmeldung 36 553/72 wird ein verbessertes Verfahren zur Abdichtung eines Standrohres in einem Bohrloch offenbart, das die Nachteile der drei oben erläuterten Verfahren überwindet. In dieser Patentanmeldung ist ein Abdichtverfahren beschrieben, bei dem mindestens ein Teil des Standrohres mit Kunstharz gefüllt wird und das Standrohr dann in das Bohrloch eingedrückt wird, wobei das Kunstharz vom im Bohrlochtiefsten befindlichen Ende des Standrohres in den Raum zwischen der Wandung des Bohrloches und der Außenwand des Standrohres eingepreßt wird.In pending British patent application 36 553/72 an improved method of sealing a Standpipe in a borehole which overcomes the disadvantages of the three methods discussed above. In this Patent application describes a sealing process in which at least part of the standpipe is filled with synthetic resin and the standpipe is then pressed into the borehole, the synthetic resin from the deepest in the borehole located end of the standpipe in the space between the wall of the borehole and the outer wall of the standpipe is pressed in.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Alternative zu diesem Verfahren zu schaffen, die im Hinblick auf die Wirksamkeit jedoch gleichwertig ist.It is the object of the present invention to provide an alternative to create this process, which is equivalent in terms of effectiveness.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Sichern und Abdichten eines Standrohres in einem Bohrloch, das sich dadurch kennzeichnet, daß eine zerbrechliche, mit Dichtungsmaterial gefüll-te Hülse in das Bohrloch eingesetzt wird, daß diese Hülse bis ins Bohrlochtiefste eingedrückt wird und daß anschließend eine Kraft auf die Hülse ausgeübt wird, so daß diese zerstört wird und das geschlossene StandrohrThe invention relates to a method for securing and sealing a standpipe in a borehole that is characterized in that a fragile, with sealing material filled sleeve is inserted into the borehole that this sleeve is pressed into the deepest hole and that a force is then exerted on the sleeve, so that this is destroyed and the closed standpipe
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bis auf die Bohrlochsohle durchtreten läßt, wobei das Dichtungsmaterial den Spalt zwischen den Bohrlochwandungen im Bereich des Bohrlochtiefsten und dem Standrohr ausfüllt. can pass through to the bottom of the borehole, the sealing material opening the gap between the borehole walls in the area of the deepest borehole and the standpipe.
Das Dichtungsmaterial ist vorzugsweise ein Kunstharz, das in der Hülse in zwei separaten Abteilungen angeordnet ist; das Standrohr wird bei der Bewegung gegen die Bohrlochsohle zweckmäßig verdreht, um das Harz zu vermischen und zum Abbinden zu bringen. Das Dichtungsmaterial hat zweckmäßig thixotrope Eigenschaften und enthält in fein verteilter Form eine geeignete Beschleunigersubstanz, um das Vermischen zu erleichtern.The sealing material is preferably a synthetic resin which is arranged in the sleeve in two separate compartments; the standpipe is suitably twisted when moving against the borehole bottom in order to mix the resin and to set. The sealing material suitably has thixotropic properties and contains finely divided Form a suitable accelerator substance to facilitate mixing.
Das Standrohr ist zweckmäßig mit einem äußeren Dichtungskragen versehen, der über die Außenseite des Standrohres verschoben werden kann und als Dichtung wirkt, die das Dichtungsmaterial im Bereich des Endes des Bohrloches hält und das Eindringen von Dichtungsmaterial in die Risse des umliegenden Gebirges fördert.The standpipe is expediently provided with an outer sealing collar that extends over the outside of the standpipe can be moved and acts as a seal, which the sealing material in the area of the end of the borehole holds and promotes the penetration of sealing material into the cracks of the surrounding mountains.
Vorzugsweise ist das Ende des Standrohres, das so angeordnet ist, daß es die Hülse berührt, mit einem besonders geformten Zerstörungselement versehen. Außerdem ist das Standrohr außen mit angeschweißten Schaufeln versehen, die die Vermischung des Dichtungsmaterials unterstützen.Preferably, the end of the standpipe which is arranged to contact the sleeve is specially shaped Destructive element provided. In addition, the standpipe is provided with welded-on blades on the outside, which facilitate the mixing of the sealing material.
Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung weist eine Hülse aus zerbrechlichem Material auf, die mit Dichtungsmaterial gefüllt ist und an einem Ende durch einen Pfropfen und am anderen Ende durch ein zerbrechliches Verschlußelement verschlossen ist, das mitThe device for carrying out the method according to the invention comprises a sleeve made of fragile material, which is filled with sealing material and at one end through a plug and at the other end through a frangible one Closure element is closed with
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kurzem Abstand zum Ende der Hülse angeordnet ist.is arranged a short distance from the end of the sleeve.
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird ein Beispiel der Abdichtung eines Standrohres in einem Bohrloch unter Verwendung einer Hülse gemäß der Erfindung im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert, in der ein Längsschnitt durch die Hülse,das an der Hülse anliegende Standrohr und das Bohrloch dargestellt ist.For a better understanding of the invention, an example of the sealing of a standpipe in a borehole is shown below Use of a sleeve according to the invention explained in more detail below with reference to the drawing, in which a longitudinal section represented by the sleeve, the standpipe resting against the sleeve and the borehole.
Es wird davon ausgegangen,daß die Erfindung in einem Kohlenbergwerk zur Herstellung einer Vorrichtung verwendet wird, die zum Absaugen von Methan aus gasführenden Schichten dient. Diese Vorrichtung wird dadurch hergestellt, daß ein mit . dem Bezugs zeichen Io bezeichnetes Bohrloch von etwa Io m Länge von einer Strecke aus in das Gebirge 11 gebohrt wird, das anschließend ein Standrohr im Gebirge verankert wird und dann die Bohrung durch das Standrohr hindurch in die gasführenden Schichten hinein weitergebohrt wird, so daß das Methan mittels einer Pumpe durch das Standrohr abgesaugt werden kann.It is believed that the invention will work in a coal mine is used to produce a device which is used to suck out methane from gas-carrying layers. This device is made in that a with. the reference character Io denoted borehole of about Io m Length is drilled from a distance in the mountains 11, which then anchored a standpipe in the mountains and then the hole is drilled further through the standpipe into the gas-carrying layers, so that the methane can be sucked off through the standpipe by means of a pump.
Zur Sicherung des Standrohres .in dem Bohrloch ist das innerste Ende'des Standrohres durch eine Abdicht-Mixtur an den Wänden des Bohrloches so befestigt, daß um die Außenseite des Standrohres herum keine Luft durch Risse im das Standrohr umgebenden Gebirge angesaugt werden kann.To secure the standpipe .in the borehole is the innermost End of the standpipe through a sealing mixture on the walls of the borehole so that around the outside of the standpipe around no air can be sucked in through cracks in the mountains surrounding the standpipe.
In der Zeichnung ist eine Hülse mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet, deren Wandungen aus zerbrechlichem Material hergestellt sind. Beim Ausführungsbeispiel bestehen-die Wandungen.In the drawing, a sleeve is denoted by the reference number 1, the walls of which are made of fragile material. In the exemplary embodiment, the walls consist.
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aus Asbest und sind etwa 6 mm dick. Die Hülse 1 ist mit einem Dichtungsmaterial 2 aus Kunstharz gefüllt und enthält" einen beschleunigt wirkenden Härter, der jedoch von dem Kunstharz durch eine geeignete Trennwand abgetrennt ist. Ein zerbrechliches Verschlußteil 3, das im lichten Querschnitt der Hülse 1 angeordnet ist, schließt die Hülse 1 an ihrem unteren Ende ab. Das obere Ende der Hülse 1 ist durch einen Zementpfropfen 4 verschlossen, der außen so geformt ist, daß er sich leicht in dem Bohrloch hochschieben läßt. Die in das Innere der Hülse 1 weisende Oberfläche des Pfropfens 4 ist bei 5 mit einem Beschleuniger für das Abbinden des Harzes 2 überzogen, so daß an dem Pfropfen 4 verbleibendes Harz nach Gebrauch schnell abbindet und nicht in plastischem Zustand verbleibt, wodurch die nachfolgende Durchbohrung behindert würde.made of asbestos and are about 6 mm thick. The sleeve 1 is filled with a sealing material 2 made of synthetic resin and contains " an accelerated hardener, which, however, is separated from the synthetic resin by a suitable partition is. A frangible closure part 3, which is arranged in the clear cross section of the sleeve 1, closes the Sleeve 1 from its lower end. The upper end of the sleeve 1 is closed by a cement plug 4, which is shaped on the outside so that it can be easily pushed up into the borehole. The inside of the sleeve 1 facing surface of the plug 4 is coated at 5 with an accelerator for the setting of the resin 2, so that resin remaining on the plug 4 sets quickly after use and does not remain in a plastic state, whereby the subsequent drilling would be hindered.
Zunächst wird ein etwa Io m tiefes Bohrloch Io von einer Strecke aus in das Gebirge gebohrt und der Bohrer herausgezogen. Dann wird die Hülse 1 mit dem Zementpfropfen 4 voraus in das Bohrloch Io eingeführt. Ein Standrohr 6, von dem in der Zeichnung nur ein Teil zu erkennen ist, wird zum Einstoßen der Hülse 1 in das Bohrloch Io verwendet. Das Standrohr 6 besteht aus mehreren Abschnitten, die aneinandergefügt werden, wenn sie in das Bohrloch Io eingeschoben werden. Das vordere Ende des Standrohres 6 ist von einem als Zementpfropfen ausgebildeten Zerstörungselement 7 abgedeckt. Ein biegsamer Kragen 8 ist auf das Standrohr an dessen unterem Ende aufgesteckt.First, a borehole Io about 10 m deep is cut from a Track drilled out into the mountains and pulled the drill out. Then the sleeve 1 with the cement plug 4 advanced into borehole Io. A standpipe 6, only a part of which can be seen in the drawing is used to push the sleeve 1 into the borehole Io. The standpipe 6 consists of several sections which are joined together when they are in the borehole Io be inserted. The front end of the standpipe 6 is covered by a destruction element 7 designed as a cement plug. A flexible collar 8 is on top of that Standpipe attached to its lower end.
Das Standrohr 6 drückt die Hülse 1 bis auf die Bohrlochsohle. Sodann wird das Ende des Standrohres 6 durch hydraulischen Druck beaufschlagt, wodurch das Zerstörungs-The standpipe 6 pushes the sleeve 1 down to the bottom of the borehole. Then the end of the standpipe 6 is hydraulic Pressure is applied, whereby the destructive
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element 7 in die Hülse 1 und gegen den zerbrechlichen Verschlußteil 3 angepreßt wird. Der weiterwirkende Druck bewirkt, daß die Hülse 1 zersplittert, wenn das·Zerstörungselement 7 weiter nach oben gedrückt wird, wodurch das Dichtungsmaterial gezwungen wird, sich mit dem Härter zu vermischen und in den Spalt 12 zwischen der Außenwand des Standrohres 6 und der Wandung des Bohrloches Io einzudringen. Der Kragen -8 gewährleistet die Abdichtung im LJmf angsbereich des Standrohres 6. Wenn das Standrohr 6 bis an die Sohle des Bohrloches vorgeschoben ist, wird das Standrohr einigemale hin- und herbewegt, um das Dichtungsmaterial mit Hilfe der Schaufeln 9 vollständig zu durchmischen.element 7 in the sleeve 1 and against the fragile closure part 3 is pressed. The continuing pressure causes the sleeve 1 to shatter when the destruction element 7 is pushed further upwards, whereby the Sealing material is forced to mix with the hardener and into the gap 12 between the outer wall penetrate the standpipe 6 and the wall of the borehole Io. The collar -8 ensures the seal in the Lower area of the standpipe 6. When the standpipe 6 The standpipe is moved back and forth several times to the bottom of the borehole To mix the sealing material completely with the help of the blades 9.
Nachdem das Dichtungsmaterial abgebunden hat, wird weitergebohrt, indem ein Bohrer durch das Standrohr hindurchgeführt wird. Dieser Bohrer durchbohrt dann zunächst die Zementpfropfen H und 7 am Ende des Bohrloches sowie evtl. 'am Ende des Bohrloches vorhandenes Dichtungsmaterial und dringt dann in das Gebirge ein.After the sealing material has set, drilling continues, by inserting a drill through the standpipe. This drill then first pierces the cement plugs H and 7 at the end of the borehole and any sealing material present at the end of the borehole and then penetrates the mountains.
Die Erfindung ermöglicht es, eine äußerst wirksame Abdichtung des Standrohres in dem Bohrloch herzustellen. Falls für das Dichtungsmaterial 2 eine schnellabbindende Kunstharzmischung verwendet wird, k'ann die Abdichtung in zehn Minuten fertiggestellt sein.The invention makes it possible to produce an extremely effective seal of the standpipe in the borehole. If If a quick-setting synthetic resin mixture is used for the sealing material 2, the seal can be achieved in ten Minutes to be completed.
Die Hülse 1 wird in einem Zulieferbetrieb gefüllt und gebrauchsfertigt an das Bergwerk geliefert. Hierdurch wird eine gleichbleibende Mischung garantiert und sind vor Ort keine Mischungsarbeiten erforderlich. Anstelle von Asbest kann für die Hülse ein brüchiger Kunststoff verwendet werden, beispielsweise ein Kunststoff mit Sand durchmischt. ;The sleeve 1 is filled and used in a supplier company delivered to the mine. This guarantees a constant mixture and is on site no mixing work required. Instead of asbestos, a brittle plastic can be used for the sleeve, for example a plastic mixed with sand. ;
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Der Bohrlochdurchmesser beträgt normalerweise etwa 7,6 cm.The borehole diameter is typically about 3 inches.
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